不同EVA材料抗光伏组件PID效应的研究

周挺　朱冰洁　怀朝君

【摘 要】本论文通过研究不同EVA材料对光伏组件PID测试性能的影响，对比分析采用了四类EVA封装的光伏组件的IV特性以及EL测试结果，给出不同EVA材料的抗PID效应能力，给光伏行业的PID研究并解决困扰光伏行业的难题提供参考。

【关键词】光伏组件；电势诱导衰减；乙烯-乙烯醋酸酯共聚物（EVA）

中图分类号： TM615 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）29-0104-002

【Abstract】In this paper， by studying the influence of different EVA materials on the performance of PV modules， the IV characteristics and EL results of the four types of EVA-encapsulated PV modules are contrasted and analyzed. The anti-PID effects of different EVA materials are given， Industry PID research and solve the problems plaguing the photovoltaic industry provide a reference.

【Key words】PV module； Potential-induced attenuation； Ethylene-vinyl acetate copolymer （EVA）

0 引言

光伏组件由TPT背板、封装材料、晶体硅电池片、封装材料、钢化玻璃面板组成。其中封装材料是它的最一个关键部分，好的封装材料可以为太阳电池的安装提供多种光学、物理、绝缘、防湿气等保护[1]。由于具有成本低、质量轻、粘结性能好以及柔软等优点，高分子树脂材料是目前使用广泛的一种封装材料，它包括离子型聚合物、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、乙烯-乙烯醋酸酯共聚物（EVA）、热塑性聚氨酯（TPU）、熱塑性聚烯烃（TPO）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等[2]，其中含33%醋酸乙烯酯的EVA综合性能良好，是目前光伏组件中最常用封装材料。

PID效应是指长期运行于高强度负电压下的组件，在封装材料与玻璃间产生漏电流[3]，大量电荷在电池片表面集聚，从而导致光伏组件钝化失效性能变差[3-7]。温湿度等环境条件会使接地边框和电池片之间形成漏电流，背板、玻璃、封装材料和边框间会形成漏电流通道，从而导致PID现象。

本论文通过研究不同EVA材料对光伏组件PID测试性能的影响，对比分析采用了四类EVA封装的光伏组件的IV特性以及EL测试结果，给出不同EVA材料的抗PID效应能力，给光伏行业的PID研究并解决困扰光伏行业的难题提供参考。

1 试验方案

1.1 EVA材料收集

收集不同抗PID的EVA制备厂家信息，挑选出四种EVA材料作为组件封装材料，体积电阻值各有不同，具体如表1：

1.2 测试组件的制备

将收集的4种EVA材料按相同工艺分别制备成待测组件，每个种类各制作1个样品，分别为样品A、B、C、D。本试验采用多晶硅电池片为主要原料。组件制备完成后，将待测组件置于户外进行三轮5KW？h预处理，待组件稳定后再进行PID试验。

1.3 试验方法

试验开始前，先对所有样品进行EL测试、IV特性测试的初始测试。对所有样品进行相同条件的PID试验，试验方法参考以下IECEE国际电工委员会标准：IEC 62804系统偏压耐受测试（俗称电位诱发衰减PID测试）；IEC 61215， 地面用晶体硅光伏组件—设计鉴定和定型；IEC 61730-2， 光伏组件安全鉴定 第二部分：试验要求；IEC 60068-2-78 环境测试 第2-78部分：试验 试验室：稳态湿热。试验条件为：温度60℃，湿度85%，时间96小时，电压1000V，接线方式为反接。PID试验结束后，进行实验后EL测试、IV特性测试。

2 试验结果

按试验方案进行PID测试，测试前后不同EVA封装组件I-V特性如表2：

3 结果分析

根据当前研究成果，一般认为PID失效存在三种控制机制，极化、钠离子迁移和电化学腐蚀，在传统的晶硅组件中，主要在电池片与焊带的焊点附近易发生电化学腐蚀，这种腐蚀机制并不是所有晶硅组件产生PID现象的一个主要原因。极化主要与电池片的表面处理有关，极化产生的失效大多是可以恢复的，钠离子迁移却是难以扭转的。钠离子迁移原理为：由于水汽进入或EVA中原有的水分会导致EVA水解产生醋酸，醋酸与玻璃表面析出的碱反应产生可以自由移动的钠离子，钠离子在电场的作用下移动到电池表面，中和P-N结，引起电池片效率的降低。较好的EVA可以减少体系中的水解基团，进而阻隔钠离子在体系中的移动带来电池的PID问题。

对表2数据进行分析，A、B、C、D四类EVA封装组件PID测试后，功率均有所衰减，对应衰减率分别为3.17%、7.71%、10.67%、1.06%。四类EVA对应组件PID实验后功率衰减为C>B>A>D，结合四类EVA封装材料组件PID测试前后的EL测试结果，分析其对PID效应的影响机理。

根据图2.b的EL图像可以看到，电池片出现的失效现象较A类EVA封装的组件明显，失效电池片数量也明显增多，但出现失效的电池片仍大多为组件边缘电池片，只是电池片失效位置由边缘扩散到了中间。B类EVA 与A类EVA相比，阻挡体系内水解基团能力较弱，产生的钠离子迁移较为严重。

根据图3.b可以看出，出现失效的电池片仍为组件边缘区域，但电池片的失效现象较前两类EVA封装的组件明显严重，其中，有一片电池片已经完全失效，组件失效现象明显。C类EVA不能完全阻挡体系内水解基团，导致组件内产生了较多的钠离子，迁移到电池片表面后与电子中和，破坏了PN结，使得组件失效现象明显。

从图4可以看出，D类EVA封装的组件在PID前后的EL图像几乎没有变化。D类EVA能够非常好的减少体系中的水解基团，进而阻隔钠离子在体系中的迁移，因此这类组件几乎没有产生PID现象。

4 结论

根据EL测试结果，四类EVA阻隔钠离子迁移的能力依次为D>A>B>C，造成的PID现象严重程度C>B>A>D，这与四类EVA对应组件PID实验后功率衰减顺序完全一致，D类EVA封装的组件抗PID性能最好，C类EVA封装的组件产生的PID现象最为明显。对比四类EVA对应体积电阻可以发现，功率衰减率与EVA体积电阻大小成反比，即体积电阻越大，功率衰减越小。可以推断EVA材料体积电阻越大，其绝缘性能就越好，减少水解基团能力越强，阻隔钠离子迁移能力也越强，抗PID能力越好。

【参考文献】

[1]张增明，唐景，吕瑞瑞，等.光伏组件封装EVA的湿热老化研究[J].合成材料老化与应用，2011，3（40）：24-31.

[2]刘峰，张俊，李承辉，等.光伏组件封装材料进展[J].无机化学学报，2012，3（28）：429-436.

[3]周艺，欧衍聪，郭长春，肖斌，何文红，黄岳文，金井升.多晶硅太阳电池双层SiNx镀膜工艺研究[J].材料导报，2012，26（8）：14-16.

[4]何宝华，杜军伟，王慧，等.晶体硅光伏组件抗PID机理研究[J].太阳能学报，2015，11（36）：2698-2702.

[5]孙晓，王庚，恽旻，怀朝君，胡旦，沈辉.关于光伏组件标准中功率衰减指标的研究[J].标准科学，2015（4）：50-53.

[6]陆志刚.光伏发电站应对PID的解决方案[J].自动化应用，2015（7）：126-127.

[7]何堂贵.晶体硅太阳电池制作中的扩散工艺研究[D].[硕士毕业论文].成都：电子科技大学，2009.endprint